RU2600606C1

RU2600606C1 - Method for production of insulating coating of transformer silicon-containing steels

Info

Publication number: RU2600606C1
Application number: RU2015115349/02A
Authority: RU
Inventors: Светлана Валерьевна Гусева; Александр Александрович Лыкасов; Юрий Николаевич Тепляков
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2015-04-23
Publication date: 2016-10-27

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to metallurgy and can be used in the manufacture of transformer steel containing silicon, at the stage of formation of insulating coating. Method of producing oxide electrically insulating coating on sheet silicon-containing transformer steel in the form of fayalite layer Fe₂SiO₄ includes heating of steel surface to the temperature of 620-640 °C in air, maintenance at the specified temperature in air for not less than 30 hours and cooling outside the furnace to ambient temperature.

EFFECT: obtaining high-quality coating without using expensive and scarce materials utilizing a wasteless and ecologically clean technology without special equipment to combine oxidation with the process of heat treatment of transformer steel.

1 cl

Description

Изобретение относится к области металлургической промышленности и может быть использовано в технологии производства трансформаторной стали, содержащей кремний, на стадии формирования электроизоляционного покрытия. Способ предусматривает нагрев стали до температуры, входящей в интервал 620-640°C, в среде воздуха, выдержку при этой температуре в течение не менее 30 часов и охлаждение вне печи до температуры окружающей среды. Изобретение позволяет получить оксидное электроизоляционное покрытие с повышенным значением удельного электрического сопротивления за счет получения оптимального фазового состава оксидного покрытия.The invention relates to the field of metallurgical industry and can be used in the production technology of transformer steel containing silicon, at the stage of formation of an insulating coating. The method involves heating the steel to a temperature in the range 620-640 ° C in air, holding it at this temperature for at least 30 hours, and cooling it outside the furnace to ambient temperature. EFFECT: invention makes it possible to obtain an oxide electrical insulating coating with an increased value of specific electrical resistance due to obtaining the optimal phase composition of the oxide coating.

Известен способ оксидирования деталей по патенту из электротехнических сталей (патент SU 272768, «Способ оксидирования деталей из электротехнических сталей», опубл. 01.01.1970, МПК C23C 8/18) с целью получения электроизоляционного покрытия нагревом в среде перегретого пара до температуры 550°С и выдержки в течение 1,5-2 час с последующим охлаждением. Недостатком таких покрытий является то, что они имеют низкие электроизоляционные и адгезионные свойства.A known method of oxidizing parts according to the patent of electrical steels (patent SU 272768, "Method of oxidizing parts of electrical steels", publ. 01.01.1970, IPC C23C 8/18) in order to obtain an electrical insulation coating by heating in an environment of superheated steam to a temperature of 550 ° C and exposure for 1.5-2 hours, followed by cooling. The disadvantage of such coatings is that they have low electrical insulating and adhesive properties.

Известен способ оксидирования железоуглеродистых сплавов (патент РФ №2110603, «Способ получения электроизоляционного покрытия трансформаторной стали», опубл. 10.10.2013, МПК C23C 22/74), который предусматривает нагрев и выдержку при температуре 600-900°C в смеси, содержащей водяной пар и воздух при их массовом отношении 0,02-200, причем с повышением температуры выдержки это отношение увеличивают. Этот способ принят в качестве прототипа.A known method of oxidizing iron-carbon alloys (RF patent No. 2110603, "Method for producing an electrical insulating coating of transformer steel", publ. 10.10.2013, IPC C23C 22/74), which provides for heating and aging at a temperature of 600-900 ° C in a mixture containing water steam and air with their mass ratio of 0.02-200, and with an increase in the holding temperature, this ratio is increased. This method is adopted as a prototype.

Недостатком указанного прототипа является то, что паротермическое оксидирование представляет собой сложный и энергоемкий процесс, требующий герметизации печи и нагрева водяного пара. Присутствие в печи перегретого водяного пара при высоких температурах резко сокращает межремонтные интервалы, что приводит к простою оборудования. Полученные в водяном паре оксидные покрытия имеют значительную толщину (более 10 мкм), а следовательно, имеют низкую адгезионную прочность и легко разрушаются, особенно при деформации.The disadvantage of this prototype is that steam thermal oxidation is a complex and energy-intensive process that requires sealing the furnace and heating water vapor. The presence in the furnace of superheated water vapor at high temperatures dramatically reduces the overhaul intervals, which leads to equipment downtime. The oxide coatings obtained in water vapor have a considerable thickness (more than 10 μm) and, therefore, have low adhesive strength and are easily destroyed, especially upon deformation.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является формирование на поверхности стали электроизоляционного покрытия, снижающего величины электрических потерь на вихревые токи и нагрев устройства, а также приводящего к повышению КПД электрической машины и увеличению ее надежности.The technical result of the invention is the formation on the surface of the steel of an insulating coating that reduces the magnitude of electric losses due to eddy currents and heating of the device, as well as leading to an increase in the efficiency of an electric machine and an increase in its reliability.

Указанный технический результат достигается тем, что листовую кремнийсодержащую трансформаторную сталь нагревают в атмосфере воздуха до температуры, выбранной из интервала 620-640°С, и выдерживают при этой температуре в течение не менее 30 часов. В результате окисления на поверхности стали образуется сплошное оксидное покрытие, содержащее Fe₂SiO₄ (фаялит), с высоким удельным электрическим сопротивлением.The specified technical result is achieved in that the silicon-containing transformer steel sheet is heated in an atmosphere of air to a temperature selected from the range of 620-640 ° C, and maintained at this temperature for at least 30 hours. As a result of oxidation, a continuous oxide coating is formed on the surface of the steel containing Fe ₂ SiO ₄ (fayalite) with a high electrical resistivity.

Экспериментально установлено, что при окислении стали, содержащей кремний в количестве 3,7%, при температурах обработки ниже 620°C образуется слой гематита Fe₂O₃ с включениями зерен кварца SiO₂. Ввиду дискретности зерен SiO₂ электропроводность такого оксидного слоя будет определяться электропроводностью гематита Fe₂O₃. Гематит является полупроводником с электронной проводимостью (n - типа), поэтому удельное сопротивление такого оксидного слоя невелико и составляет ρ=3 Ом·см. При окислении стали в интервале температур 620-640°C оксидное покрытие представляет собой сплошной слой фаялита (Fe₂ SiO₄), удельное электросопротивление которого очень велико и составляет ρ=7·10⁶ Ом·см.It was experimentally established that during the oxidation of steel containing silicon in an amount of 3.7%, a hematite layer Fe ₂ O ₃ with inclusions of silica grains SiO _{2 is} formed at processing temperatures below 620 ° C. Due to the discreteness of SiO ₂ grains, the electrical conductivity of such an oxide layer will be determined by the electrical conductivity of hematite Fe ₂ O ₃ . Hematite is a semiconductor with electronic conductivity (n-type), therefore, the resistivity of such an oxide layer is small and is ρ = 3 Ohm · cm. When steel is oxidized in the temperature range 620-640 ° C, the oxide coating is a continuous layer of fayalite (Fe ₂ SiO ₄ ), the electrical resistivity of which is very large and amounts to ρ = 7 · 10 ⁶ Ohm · cm.

Повышение температуры оксидирования выше 640°C приводит к образованию покрытия с удельным электросопротивлением ρ=7 Ом·см. Исследование фазового состава показало, что такое покрытие состоит из дисперсных зерен магнетита Fe₃O₄, гематита Fe₂O₃ и кварца SiO₂.An increase in the oxidation temperature above 640 ° C leads to the formation of a coating with a specific electrical resistance ρ = 7 Ohm · cm. The study of the phase composition showed that such a coating consists of dispersed grains of magnetite Fe ₃ O ₄ , hematite Fe ₂ O ₃ and quartz SiO ₂ .

При выдержке кремнийсодержащей стали в течение менее 30 часов образуется тонкое и пористое покрытие, удельное сопротивление которого будет мало. Более длительная выдержка металла даст покрытие большей толщины, но увеличение толщины покрытия будет не значительным, так как кремнийсодержащие стали обладают большой жаростойкостью (имеют низкую скорость формирования покрытия). При выдержке более 40 часов окисление полностью прекращается.When holding silicon steel for less than 30 hours, a thin and porous coating is formed, the resistivity of which will be small. A longer exposure of the metal will give a coating of a greater thickness, but an increase in the thickness of the coating will not be significant, since silicon-containing steels have high heat resistance (have a low coating formation rate). When exposed for more than 40 hours, oxidation is completely stopped.

Предлагаемый способ получения электроизоляционных покрытий на кремнийсодержащих трансформаторных сталях позволяет получить высококачественные покрытия без использования дорогостоящих и дефицитных материалов, представляет собой безотходную и экологически чистую технологию. Способ не требует специального оборудования при совмещении оксидирования с процессом термообработки трансформаторной стали.The proposed method for producing insulating coatings on silicon-containing transformer steels allows to obtain high-quality coatings without the use of expensive and scarce materials, is a waste-free and environmentally friendly technology. The method does not require special equipment when combining oxidation with the heat treatment of transformer steel.

Claims

A method of producing an oxide electrical insulating coating on the surface of silicon-containing transformer steel sheet in the form of a layer of fayalite Fe ₂ SiO ₄ , comprising heating the steel surface to a temperature of 620-640 ° C in an air atmosphere, holding at a specified temperature in an air atmosphere for at least 30 hours and cooling outside the oven to ambient temperature.